Python 編碼與加密全解析：從字符編碼到 RSA 簽名驗證

在 Python 開發中，字符編碼（如 UTF-8、GBK）和?數據加密（如 Base64、MD5、RSA）是處理數據傳輸、存儲安全的核心技術。本文結合實戰代碼，從基礎的字符編解碼入手，逐步深入到加密算法的應用，覆蓋 “迅雷鏈接破解”“RSA 加解密”“數字簽名” 等實際場景，幫你系統掌握數據安全相關技能。

一、基礎：字符編解碼（encode/decode）

計算機只能識別二進制（0/1），而人類使用的是字符（如?a、中），字符編碼就是 “字符→二進制” 的映射規則，解碼則是反向過程。Python 中字符串（str）與字節流（bytes）的轉換，全靠?encode()?和?decode()?實現。

1. 核心原理

編碼（encode）：str?→?bytes，將字符串按指定規則轉為二進制字節流。
解碼（decode）：bytes?→?str，將二進制字節流按對應規則還原為字符串。
常見編碼格式：UTF-8（通用，一個漢字占 3 字節）、GBK（中文專用，一個漢字占 2 字節）。

2. 實戰代碼

# 1. 英文編碼（UTF-8 下英文占 1 字節）
s = "hello"
# 編碼：str → bytes（指定 UTF-8 規則）
se = s.encode(encoding="utf-8")
print("UTF-8 編碼結果（字節流）：", se)  # 輸出：b'hello'（b 表示 bytes 類型）
# 解碼：bytes → str
print("UTF-8 解碼結果（字符串）：", se.decode(encoding="utf-8"))  # 輸出：hello# 2. 中文編碼（UTF-8 占 3 字節，GBK 占 2 字節）
s = "中"
# UTF-8 編碼
se_utf8 = s.encode(encoding="utf-8")
print("中文 UTF-8 編碼：", se_utf8)  # 輸出：b'\xe4\xb8\xad'（3 字節）
# GBK 編碼
se_gbk = s.encode(encoding="gbk")
print("中文 GBK 編碼：", se_gbk)    # 輸出：b'\xd6\xd0'（2 字節）# 解碼必須與編碼格式一致，否則亂碼
print("UTF-8 解碼：", se_utf8.decode("utf-8"))  # 輸出：中
print("GBK 解碼：", se_gbk.decode("gbk"))        # 輸出：中

3. 關鍵注意點

編碼和解碼的?格式必須一致（如 UTF-8 編碼需用 UTF-8 解碼），否則會出現?UnicodeDecodeError?或亂碼。
中文場景優先用?UTF-8，避免?GBK?跨平臺兼容性問題。

二、Base64 編碼：解決不可見字符傳輸問題

Base64 是一種 “二進制到字符串” 的編碼方式，將任意二進制數據轉為?A-Z、a-z、0-9、+、/?組成的可見字符串，核心作用是?避免不可見字符（如 ASCII 128+）在傳輸中出錯。

1. 應用場景

郵件附件傳輸、下載鏈接加密（如迅雷、QQ 旋風）；
圖片轉字符串（如 HTML 中嵌入 Base64 圖片，減少 HTTP 請求）；
跨平臺數據傳輸（避免二進制解析差異）。

2. 實戰代碼（含迅雷 / 旋風鏈接破解）

Python 內置?base64?模塊，直接調用?b64encode()（編碼）和?b64decode()（解碼）即可。

（1）基礎編解碼

import base64# 1. 編碼：先將字符串轉為 bytes，再 Base64 編碼
s = "hello"
# 步驟：str → bytes（UTF-8）→ Base64 字符串（bytes 類型）
s64_encode = base64.b64encode(s.encode(encoding="utf-8"))
print("Base64 編碼結果：", s64_encode)  # 輸出：b'aGVsbG8='# 2. 解碼：Base64 字符串 → bytes → str
s64_decode = base64.b64decode(s64_encode)
print("Base64 解碼結果：", s64_decode.decode("utf-8"))  # 輸出：hello

（2）破解迅雷 / QQ 旋風鏈接

迅雷、旋風鏈接本質是 “自定義前綴 + Base64 編碼”，破解只需去掉前綴再解碼：

import base64
from urllib.parse import quote, unquote# 1. 破解迅雷鏈接（前綴：thunder://，中間需去掉 AA/ZZ 包裹）
thunder_url = "thunder://QUFodHRwczovL3d3dy5sdW9jaGVuemhpbXUuY29tL3VybC9aWg=="
# 步驟：去掉前綴 → Base64 解碼 → 去掉 AA/ZZ 包裹
pure_url = thunder_url.removeprefix("thunder://")  # 去掉 thunder://
decoded_url = base64.b64decode(pure_url).decode("utf-8")  # Base64 解碼
real_url = decoded_url.removeprefix("AA").removesuffix("ZZ")  # 去掉 AA/ZZ
print("破解后的迅雷鏈接：", real_url)  # 輸出：https://www.luochenzhimu.com/url/Z# 2. 破解 QQ 旋風鏈接（前綴：qqdl://）
qqdl_url = "qqdl://aHR0cHM6Ly93d3cubHVvY2hlbnpoaW11LmNvbS91cmwv"
pure_url = qqdl_url.removeprefix("qqdl://")  # 去掉 qqdl://
real_url = base64.b64decode(pure_url).decode("utf-8")
print("破解后的旋風鏈接：", real_url)  # 輸出：https://www.luochenzhimu.com/url/# 3. 生成迅雷鏈接（反向操作）
original_url = "https://www.luochenzhimu.com/url/"
# 步驟：AA + 原始鏈接 + ZZ → Base64 編碼 → 加 thunder:// 前綴
wrapped_url = "AA" + original_url + "ZZ"
base64_url = base64.b64encode(wrapped_url.encode()).decode()
thunder_new = "thunder://" + base64_url
print("生成的迅雷鏈接：", thunder_new)  # 輸出：thunder://QUFodHRwczovL3d3dy5sdW9jaGVuemhpbXUuY29tL3VybC8vWlo=

三、不可逆加密：MD5 與 SHA256（密碼存儲首選）

不可逆加密（哈希算法）的核心特點是?只能加密，不能解密，相同輸入永遠得到相同輸出，不同輸入大概率得到不同輸出（抗碰撞）。常用于密碼存儲、數據完整性校驗。

1. 應用場景

密碼存儲：不存儲明文密碼，只存儲哈希值（如用戶登錄時，將輸入密碼哈希后與數據庫中的哈希值對比）；
文件校驗：下載文件時，對比 “官方哈希值” 與 “本地文件哈希值”，判斷文件是否被篡改。

2. 實戰代碼（Python 內置?`hashlib`?模塊）

from hashlib import md5, sha256# 待加密的字符串（如密碼）
pwd = "123456"
# 注意：哈希算法需傳入 bytes 類型，因此先 encode()# 1. MD5 加密（16 字節輸出，通常顯示為 32 位十六進制字符串）
md5_hash = md5(pwd.encode(encoding="utf-8")).hexdigest()
print("MD5 加密結果：", md5_hash)  # 輸出：e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e# 2. SHA256 加密（256 位輸出，安全性高于 MD5）
sha256_hash = sha256(pwd.encode(encoding="utf-8")).hexdigest()
print("SHA256 加密結果：", sha256_hash)  # 輸出：8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92

3. 關鍵注意點

MD5 安全性較低（已被破解，存在碰撞案例），推薦用 SHA256 或更安全的 SHA512；
實際項目中，密碼哈希需加鹽（salt），即添加隨機字符串后再哈希，避免 “彩虹表” 破解（如?md5((pwd + salt).encode())）。

四、非對稱加密：RSA（公鑰加密，私鑰解密）

非對稱加密有?兩把鑰匙：公鑰（公開，用于加密）和私鑰（保密，用于解密），核心優勢是 “無需傳遞密鑰，即可安全傳輸數據”，是 HTTPS、數字簽名的核心技術。

1. 應用場景

安全通信（如 HTTPS 中服務器用公鑰加密，客戶端用私鑰解密）；
數字簽名（用私鑰簽名，公鑰驗證，確保數據未被篡改）；
敏感數據加密（如支付信息、個人隱私）。

2. 實戰代碼（需先安裝?`rsa`?庫）

Python 沒有內置 RSA 模塊，需先安裝第三方庫：

# 安裝 rsa 庫（國內鏡像加速）
pip config set global.index-url https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
pip install rsa

（1）生成公鑰與私鑰（保存到文件）

import rsa# 1. 生成 RSA 密鑰對（nbit 為密鑰長度，2048 或 4096，長度越長越安全）
pub_key, pri_key = rsa.newkeys(nbit=2048)# 2. 將密鑰轉為 bytes 格式（PKCS#1 標準，便于存儲）
pub_key_bytes = pub_key.save_pkcs1()  # 公鑰 bytes
pri_key_bytes = pri_key.save_pkcs1()  # 私鑰 bytes# 3. 保存到文件（公鑰可公開，私鑰需保密）
with open("./a/public.pem", "wb") as f:  # 公鑰文件f.write(pub_key_bytes)
with open("./a/private.pem", "wb") as f:  # 私鑰文件f.write(pri_key_bytes)
print("RSA 密鑰對已保存到 ./a 目錄")

（2）RSA 加解密（公鑰加密，私鑰解密）

import rsa
import base64# 1. 從文件加載密鑰（實際項目中，公鑰可能從服務器獲取，私鑰本地存儲）
pub_key_bytes = open("./a/public.pem", "rb").read()
pri_key_bytes = open("./a/private.pem", "rb").read()# 2. 解析密鑰為 RSA 格式
pub_key = rsa.PublicKey.load_pkcs1(pub_key_bytes)  # 加載公鑰
pri_key = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(pri_key_bytes)  # 加載私鑰# 3. 加密（公鑰加密，只能加密短數據，長數據需分段）
plain_text = "hello, RSA!"  # 待加密的明文
# 步驟：明文 → bytes → RSA 加密（bytes）→ Base64 編碼（便于傳輸）
encrypted = rsa.encrypt(plain_text.encode("utf-8"), pub_key)
encrypted_base64 = base64.b64encode(encrypted).decode("utf-8")
print("RSA 加密后（Base64）：", encrypted_base64)# 4. 解密（私鑰解密）
# 步驟：Base64 解碼 → RSA 解密（bytes）→ 明文（str）
decrypted_base64 = base64.b64decode(encrypted_base64.encode("utf-8"))
decrypted = rsa.decrypt(decrypted_base64, pri_key).decode("utf-8")
print("RSA 解密后：", decrypted)  # 輸出：hello, RSA!

五、數字簽名：RSA 簽名與驗證（確保數據完整性）

數字簽名是 “非對稱加密的反向應用”：用?私鑰簽名（生成簽名），用?公鑰驗證（判斷數據是否被篡改）。核心作用是 “確認數據來源合法 + 數據未被修改”。

1. 應用場景

接口請求簽名（如 API 調用時，客戶端用私鑰簽名，服務器用公鑰驗證，防止請求被篡改）；
軟件安裝包簽名（如 Windows exe 簽名，確保軟件未被植入惡意代碼）；
電子合同、電子證書。

2. 實戰代碼（模擬 JD 鏈接簽名驗證）

import rsa
import base64
from urllib.parse import quote, unquote# 待簽名的數據（如 JD 商品鏈接）
original_url = "https://www.jd.com/?itemId=2"# 1. 加載 RSA 密鑰對
pub_key_bytes = open("./a/public.pem", "rb").read()
pri_key_bytes = open("./a/private.pem", "rb").read()
pub_key = rsa.PublicKey.load_pkcs1(pub_key_bytes)
pri_key = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(pri_key_bytes)# 2. 私鑰簽名（生成簽名）
# 步驟：數據 → bytes → 私鑰簽名（MD5 哈希算法）→ Base64 編碼 → URL 編碼（處理特殊字符）
sign = rsa.sign(original_url.encode("utf-8"), pri_key, "MD5")  # MD5 為哈希算法
sign_base64 = base64.b64encode(sign).decode("utf-8")
sign_urlencoded = quote(sign_base64)  # URL 編碼，避免特殊字符（如 +、/）出錯
print("生成的簽名（URL 編碼后）：", sign_urlencoded)# 3. 公鑰驗證（判斷數據是否被篡改）
# 模擬場景：服務器收到數據（可能被篡改）和簽名，驗證合法性
received_url = "https://www.jd.com/?itemId=3"  # 被篡改的鏈接
received_sign = sign_urlencoded  # 收到的簽名# 驗證步驟：URL 解碼 → Base64 解碼 → 公鑰驗證
sign_decoded = unquote(received_sign)  # URL 解碼
sign_bytes = base64.b64decode(sign_decoded.encode("utf-8"))  # Base64 解碼try:# 公鑰驗證：若驗證通過，返回簽名時用的哈希算法（如 'MD5'）；若失敗，拋出異常verify_result = rsa.verify(received_url.encode("utf-8"), sign_bytes, pub_key)print("驗證通過，哈希算法：", verify_result)
except rsa.VerificationError:print("驗證失敗！數據已被篡改或簽名無效")  # 此處會觸發，因為 received_url 被篡改